Por Hyunok Kim. Orientação de Taylan Altan*

 

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de janeiro de 2011.

 

A conformação de aços avançados de alta resistência mecânica (AHSS; Advanced High Strength Steels) galvanizados envolve maiores pressões de contato na interface ferramental-blanque em comparação com as que surgem durante a estampagem de aço doce. Sob essas severas condições de interface, uma seleção inadequada do lubrificante, do material e do revestimento do ferramental pode resultar em altas taxas de sucateamento e descamação durante a produção de peças estampadas.

 

Neste estudo, dentro de um programa apoiado pelo projeto ULSAB-AVC (Ultralight Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concepts, ou “Carroceria Automotiva Ultra-Leve de Aço – Conceitos Avançados para Veículos”), foram efetuadas simulações pelo método de elementos finitos sobre a conformação de uma coluna B para determinar as pressões críticas de contato na interface matriz-blanque que podem causar falhas do lubrificante e descamação durante a conformação de peças feitas com aços avançados de alta resistência. Foi usado um programa computacional comercial, PAM-STAMP 2D, para simular a conformação da coluna B a partir de blanques de aço TRIP 600.

 

Fig. 1 – Este modelo de simulação para a coluna B mostra as geometrias do ferramental e do blanque inicial.

 

 

A figura 1 mostra o modelo de elementos finitos com as geometrias do ferramental e do blanque de chapa inicial. Foi previsto que a pressão de contato sobre a parede lateral da peça atingiria cerca de 200 MPa, enquanto a pressão máxima no canto agudo da matriz alcançaria o valor de 400 MPa (figura 2).

Nos locais onde a pressão máxima de contato assume altos valores pode haver a ocorrência de descamação sobre as superfícies da matriz. Portanto, é importante emular estas condições críticas de pressão nos ensaios tribológicos laboratoriais para estudar o desempenho do lubrificante e o comportamento da descamação durante a conformação dos aços avançados de alta resistência.

 

Ensaio de embutimento de tiras

 

O ensaio de embutimento de tiras (strip drawing test – SDT) foi desenvolvido para permitir a avaliação de lubrificantes para estampagem e materiais para matrizes e revestimentos, por meio da emulação das operações de dobramento de canal e estampagem profunda para os graus mais resistentes dos aços avançados com alta resistência mecânica (DP 600/780, TRIP 780 e DP 980).

 

 

Fig. 2 – A simulação pelo método de elementos finitos previu a distribuição da pressão de contato na coluna B.
 

 

 

Foram efetuadas simulações preliminares do ensaio de embutimento de tiras pelo método de elementos finitos, assumindo-se quatro diferentes valores para o raio da matriz – 5,1 mm, 7,9 mm, 9,9 mm e 11,9 mm – para alterar a pressão de contato, que variou desde cerca de 110 até 260 MPa, sem que ocorresse estricção na tira, com 356 mm de comprimento e 25,4 mm de largura.

 

O inserto da matriz (DC53, fornecido pela International Mold Steel) foi feito de forma a apresentar quatro diferentes valores de raio (figura 3). Além disso, o inserto foi projetado de forma a se ajustar livremente a folgas específicas entre matriz e punção, as quais determinaram a razão de alisamento (ironing) da tira. Foram usados dois insertos de matriz no ensaio de embutimento da tira, com o corpo de prova final assumindo formato de “U” após a deformação.

 

Resultados dos ensaios

 

O ensaio de embutimento de tira foi usado para avaliar o desempenho de diversos lubrificantes para estampagem sobre matrizes sem revestimento ou com revestimento depositado fisicamente a partir da fase vapor (PVD; Physical Vapour Deposition). Dois diferentes revestimentos de zinco – por galvanização por imersão a quente convencional (GI) ou por imersão a quente com recozimento (GA) – foram usados sobre uma tira de um mesmo tipo de aço avançado de alta resistência, do tipo bifásico (DP 590/600).

 

Fig. 3 – Parte superior: o inserto da matriz foi confeccionado de forma a possuir quatro diferentes valores de raio. Parte inferior: o corpo de prova final, após deformação, possuía formato em “U”.

 

 

Os aços-ferramenta com e sem o revestimento depositado a partir da fase vapor foram selecionados para o ensaio porque mostraram diferentes graus de severidade de descamação nas avaliações anteriores de revestimentos de matriz com o uso de óleo puro como lubrificante. A partir dos subsídios fornecidos por empresas fabricantes de componentes automotivos estampados, siderúrgicas e fornecedores de lubrificantes, foram selecionados diversos lubrificantes úmidos e de filme seco para os testes.

 

No ensaio de embutimento de tiras a força máxima do punção é observada ao final do curso. Logo, esse valor de força foi usado para avaliar o desempenho dos lubrificantes; a força total do punção é influenciada pela força de fricção na interface ferramental-blanque.

 

Conclusões

 

O estudo resultou em diversas conclusões:

 

• Foi constatado que os lubrificantes B (à base de polímero com aditivos de pressão-extrema – extremepressure; EP) e C (filme seco solúvel em água) foram os mais efetivos, independentemente do tipo de revestimento à base de zinco sobre as tiras e das condições superficiais do ferramental;

 

• Os lubrificantes E (filme seco isento de água) e M (sintético) mostraram respostas de fricção razoavelmente pequenas ao se usar matriz com revestimento depositado a partir da fase vapor durante a conformação de tiras com revestimento GA;

 

• O lubrificante L (filme seco isento de água) apresentou desempenho similar ao dos lubrificantes B e C usando-se matriz sem revestimento durante a conformação de tiras com revestimento GI;

 

• O lubrificante N (óleo puro) reduziu mais a fricção nas tiras com revestimento GI em comparação com as tiras com revestimento GA. No caso da matriz com revestimento aplicado a partir da fase vapor, os lubrificantes L, M e N apresentaram desempenho aceitável durante a conformação das tiras com revestimento GI;

 

• Os resultados do ensaio de embutimento de tiras mostraram que o comportamento do lubrificante se alterou em função do tipo específico de revestimento de zinco e das condições superficiais do ferramental. Portanto, é importante selecionar lubrificantes considerando-se o tipo de revestimento à base de zinco, materiais das chapas, materiais da matriz e revestimentos da matriz que estão sendo usados.

 

Esta é a terceira parte de uma série de três artigos que abordam um estudo feito sobre lubrificação e descamação durante a conformação de aços avançados de alta resistência mecânica (AHSS; Advanced High Strength Steels) galvanizados. As partes 1 e 2 trataram do uso do ensaio de rotação-compressão (TCT; twist-compression test) para uma avaliação preliminar das condições de descamação e o emprego do ensaio de estampagem profunda para a avaliação de lubrificantes.

 

Este estudo foi apoiado pela Organização Internacional de Pesquisa sobre Chumbo e Zinco (International Lead Zinc Research Organization – ILZRO) e conduzido em cooperação com as empresas Irmco, International Mold Steel (Daido Steel) e Bohler-Uddeholm. As empresas ArcelorMittal, U. S. Steel, Posco e Radar Industries forneceram os materiais necessários aos ensaios.

*Esta coluna foi preparada por Hyunok Kim, pesquisador do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF – www. cpforming.org) da Ohio State University (Columbus, EUA), sob a orientação de Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor do instituto. Este artigo foi publicado originalmente no periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de janeiro de 2011 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

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